2391 齒輪螺栓墊片沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)1,齒輪,螺栓,墊片,沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計(jì)
河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書1 1 緒 論目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003 年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有 2 萬多家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進(jìn)口模具 18.13 億 美元，出口模具4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進(jìn)出口之比 2004 年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá) 13.2 億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。在 2 萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來， 模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是 15～20 萬美元，有的高達(dá) 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書2 CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。設(shè)計(jì)者：劉濤2009 年 5 月 15 日2 零件的工藝性分析工件名稱：齒輪螺栓墊片生產(chǎn)批量：大批量材料：A3 鋼 厚度：1mm河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書3 圖 1 零件圖2.1 零件的總體分析該零件為齒輪螺栓墊片，材料為 A3 鋼，即為 Q235 的舊牌號，具有良好的塑性、韌性、冷沖壓性能，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工。零件形狀較為復(fù)雜，采用圓弧過渡，但零件對稱分布，有沖孔、落料兩個(gè)工序特征。2.1.1 外形落料的工藝性齒輪螺栓墊片屬于中等尺寸零件，料厚 1mm，外形較為復(fù)雜，采用圓弧過渡，以便于模具加工，減少熱處理開裂，減少沖裁時(shí)尖角處的崩刃和過快磨損，尺寸精度要求一般。2.1.2 沖孔的工藝性有兩個(gè) 10 的孔，尺寸精度一般。?2.1.3 沖裁件的孔邊距和孔間距為避免工件變形和保證模具強(qiáng)度，孔邊距和孔間距不能過小。 【1】 其最小許可值當(dāng)取： 。根據(jù)工件的尺寸可得 ，所以工件的尺寸符合要求。??1.5ct?:4.5C?1t沖孔時(shí)因凸模強(qiáng)度限制孔的尺寸不應(yīng)太小，否則凸模易折斷，查表 2.7.3【1】 知，工件上孔的直徑大于或等于 0.35 倍的料度即 。由任務(wù)書零件圖易于看出工件0.3dt?的尺寸符合要求。2.1.4 尺寸精度河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書4 圖示零件的尺寸均未注公差的一般尺寸，按慣例取 IT14 級，尺寸精度較低，符合一般沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求。3 工藝方案的確定該零件所需的基本沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔，可擬訂出以下三種工藝方案。方案一：單工序模生產(chǎn)。方案二：落料沖孔復(fù)合模。方案三：沖孔落料級進(jìn)模。 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計(jì)誤差大，操作不方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。該零件 φ10mm 的孔與外圓之間的最小距離為 4mm，大于此凸凹模允許的最小壁厚（2.7mm） （1） ，可以采用沖孔、落料復(fù)合模或沖孔、落料連續(xù)模。但復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但由于零件的幾何河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書5 形狀簡單對稱，模具制造并不困難。級進(jìn)模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過對上述三種方按的分析比較，該零件的沖壓生產(chǎn)采用方按二的復(fù)合模為佳。4 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí)，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的圓角。4.1 確定搭邊與搭肩值搭邊和搭肩值一般是由經(jīng)驗(yàn)確定的，查表 2.5.2【1】 。取最小搭邊值為 ，1.5am?最小搭肩值 。2.am?4.2 確定零件的排樣方案設(shè)計(jì)模具時(shí)，條料的排樣很重要。分析零件形狀可知，確定排樣方案：條料從右至左送進(jìn)，落料凸模的沖壓力比較均勻，零件形狀精度容易保證。條料的排樣如圖 2所示。河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書6 排 樣 圖2 排樣方案4.3 計(jì)算送料步距和條料的寬度按如上排樣方式，并根據(jù)工件的尺寸確定送料步距為搭肩值與工件寬度之和。即 274.Lam??查表 2.5.3 可知條料寬度單向偏差為 0.50mm，由公式計(jì)算如下：????000 0max1 .5.5.57217BDm?? ???????所以確定條料的寬度 B 為 0.5導(dǎo)料板間距離 （無側(cè)壓裝置）7.AC???—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。maxD—搭邊值1C—導(dǎo)料板與條料之間的間隙 （查表 2.5.5）0.5C?4.4 計(jì)算材料的利用率根據(jù)一般的市場供應(yīng)情況，原材料選用 的冷扎薄鋼板。每12501m?河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書7 塊可剪 規(guī)格條料 16 條，材料剪切利用率達(dá) 96％。1507m?材料利用率通用公式 【1】 10%nABS???式中 A—一個(gè)沖裁剪的面積 。2mn— 一個(gè)步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量。B—條料寬度 。2S—步距 。m材料利用率： ??978.45236%?????5 計(jì)算沖壓力和初選壓力機(jī)5.1 沖裁工序總力的計(jì)算由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知，本模具采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模?？紤]到模具刃部被磨損、凸凹模不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響。本模具采用普通平刃口模具沖裁，其沖裁力 P 按下式計(jì)算：bPKLt??式中 P—沖裁力（KN） 。K—系數(shù)，一般取 1.3 L—沖裁件剪切周邊長度（mm） 。t—沖裁件材料厚度（mm）—被沖材料的抗剪強(qiáng)度 。???aMP上式中抗剪強(qiáng)度 與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān)，可在手冊中查詢，為方便計(jì)算，可取材料的 ，故沖裁力表達(dá)式又可表示為：b0.8??河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書8 b1.3tPL????查手冊 【3】 的 取極限值235Qba750MP:＝ ba50MP?＝4.6KN??孔 ＝ ＝104.P落 ＝ ＝ 3.52.8.1?孔沖 落＝ ＝ ＝查表 2.6.1【1】 卸料力系數(shù) X0.4K＝卸料力 .637XPN??沖 ＝ ＝推件力 Tn沖—推件力系數(shù),由手冊查得TKTK＝ 0.5n—同時(shí)卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中 n=h/th—凹模刃部直壁洞口高度（mm） ，t—料厚( mm) 查手冊 【5】 表 2.9.4 可得和 h=6mm,故 n=6/1.5＝4T40.586.12.PnKKN???沖工序總力 .378.61.92ZXTFPKN???沖5.2 初選壓力機(jī)壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于工序總力。查手冊 【2】 初選開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為 J23-16 和 J23-25，見表一。表一 所選擇壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù)河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書9 型號 公稱壓力/kN滑塊行程/mm最大封閉高度/mm工作臺尺寸/mm可傾斜角/。封閉高度調(diào)節(jié)量/mmJ23-16 160 55 220 300×450 35 45J23-25 250 65 270 370×560 30 555.3 確定壓力中心 模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則沖壓時(shí)滑塊會承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊的滑軌和模具的導(dǎo)向部分不正常磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質(zhì)量降低模具壽命甚至損壞模具。而本模具所沖裁的制件形狀左右對稱，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點(diǎn)上。河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書10 6 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定6.1 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用倒裝復(fù)合沖壓，所以模具類型為倒裝復(fù)合模。6.2 定位方式的選擇因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，所以選用導(dǎo)料銷和擋料銷來實(shí)現(xiàn)對沖裁條料的定位。6.3 導(dǎo)向方式的選擇為了提高模具壽命和工作質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。6.4 卸料方式該模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下。工件厚度為1mm，料厚相對較厚，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書11 6.5 送料方式采用手動送料。7 模具工作零部件刃口尺寸的計(jì)算該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料件，外形尺寸由落料獲得，小孔尺寸則由沖孔得到。查表 2.3.3 可知 min0.1Z?max0.14Z?maxin.44Z?又模具的精度等級為 IT14 級。查表 2.2【4】 取0.43??0.5X?7.1 沖裁 孔的凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算1?凸模尺寸 ????000min .16.41.5325TTdx m? ?????????凹模尺寸 ?0.640.24inin0..35AAZ?? ???校核： maxinT????即 滿足公差間隙條件。0.16.240.河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書12 7.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算此落料件為形狀較為復(fù)雜的零件，所以利用凸凹模配作法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。以落料凹模為基準(zhǔn)件，由公差表查得工件個(gè)尺寸的公差等，確定 x采用配作法，計(jì)算凹模的刃口尺寸，首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過程中是變大還是變小，還是不變這三種情況，然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸 A第一類尺寸： 14max0()jA????b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸 B第二類尺寸： 0max14()jB????c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸 C第三類尺寸： min1(0.5)8jC????其落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下：第一類尺寸：磨損后增大的尺寸： 110.740.18541max0()(72.53)63A m??????????100.17542ax01.43()(.)?? ???110.30.75443max0()(5.7)A m?? ?????河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書13 110.520.13444max0()(2.)97A m??????????第三類尺寸：磨損后基本不變的尺寸： 1min11(0.5)(40.6250.).6239.07588C m???????????圖 3 落料凹模刃口部分尺寸落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是71.63mm、16.785mm、4.775mm、19.74mm、39.69mm，不必標(biāo)注公差，但要在技術(shù)條件中注明：凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.100（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分別見圖 4、5）河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書14 圖 4 落料凸模刃口部分尺寸8 模具主要零部件設(shè)計(jì)8.1 工作零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.1.1 落料凹模的設(shè)計(jì)凹模采用整體式凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割加工。安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。整體式凹模裝于下模座上, 凹模高度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即凹模高度 H=Kb凹模壁厚 C=(1.5～2)H式中 b----凹?？椎淖畲髮挾龋ǖ?B 不小于 15mm）C-----凹模壁厚， 指刃口至凹模外形邊緣的距離K=系數(shù)（查表 2－40 【5】 K=0.22）凹模高度 H=Kb=0.22×71.63=15.76mm 河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書15 按表取標(biāo)準(zhǔn)值 H=16mm凹模壁厚 C= C=(1.5～2)H =24mm～32mm（ ）30~4Cm?凹模壁厚取 32mm。凹模寬度 271.63215.6BbC????凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取（1.7～2.0）d, 圖 5 凹模上的螺孔設(shè)計(jì)與選用d 為螺孔的距離，由于凹模厚度為 16mm，所以根據(jù)表 2.46【2】 查得螺孔選用 4×M8的螺釘固定在下模座。故選用如圖 6 。 螺孔到凹模外緣的最小距離 【6】 ：a2=1.5d=1.5×8=12mma3=1.13d=1.13 8≈9mm?凹模上螺孔到銷孔的距離一般取 b>2d,所以 b 應(yīng)大于 16。根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板 160×125×16（JB/T7643.1）【6】8.1.2 沖孔凸模的設(shè)計(jì)因?yàn)樗鶝_的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護(hù)的小凸模，所以沖孔凸模采用臺階式。一方面加工簡單，另一方面便于裝配與更換。查表 1－214 【5】 沖兩個(gè) 孔的圓形凸?？蛇x用標(biāo)準(zhǔn)件 B 型式。如圖 7 所示。1?河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書16 圖 6 沖孔凸模的結(jié)構(gòu)形式凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，其凸模長度用下列公式計(jì)算：L=h1+h2+h3+h式中 L—凸模長度， mmh1—凸模固定板高度，mmh2—卸料板高度，mmh3—導(dǎo)料板高度，mmh—附加高度，一般取 15~20mm沖裁 10mm 孔凸模尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化（包括外形尺寸和厚度）?小凸模長度 L=20+14+6+18=58mm由小凸模刃口 d=11.15mm 查手冊 【2】 表 2.54 可知 h=5mm, D1=16mm, D=15mm, L=58㎜。小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力，即河 南 機(jī) 電 高 等 專 科 學(xué) 校 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書17 對于圓形凸模 min4[]td???式中 —圓形凸模最小截面直徑，mmmindt—沖裁材料厚度，mm—沖裁材料的抗剪強(qiáng)度，取 140Mpa【3】?—凸模材料許用強(qiáng)度，取 120Mpa【3】???dmin≥ = =4.67mm 所以承壓能力足夠。][4?t102?抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模（有導(dǎo)向裝置） 2max70dLF?式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度，mmF ——沖模力,Nｄ——凸模最小截面的直徑，mm= =631.99mm 所以長度適宜。2max70dLF?24.6781?凸模固定端面的壓力q =
收藏